实验2-分子轨道绘制.pdf

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1、实验二分子轨道绘制一、目的要求1.学会绘制分子轨道的基本操作流程。2.掌握不同分子轨道的成分分析。二、基本原理分子轨道的图形展示是很多实验化学家希望得到的信息，因为它能提供直观立体的视觉效果，进而可以帮助实验人员解释实验现象发生的根本原因。绘制分子或原子轨道图有很多软件，鉴于很多软件要收费，本实验仅介绍使用GaussView程序和Gaussian程序绘制分子轨道的基本流程。首先，在Gaussian作业的的输入文件（gjf/com）中，环境变量部分要加入%chk=name.chk的字段，使得计算完成后程序会保存一个name.chk的文件（checkpointfil

2、e，检查点文件），分子轨道的绘制就是采用name.chk文件中保存的信息生成的。然后，GaussView程序通过操作分子轨道编辑器（）中的一些菜单按钮，就可以绘制出感兴趣的原子/分子轨道的三维图像了。同样地信息，我们在结果文件的文本格式中也可以得到。下面，我们来看分子轨道的绘制过程。以氮分子为例，我们来演示分子轨道的绘制过程。图4-1展示的是氮分子轨道编辑器面板，在“Diagram”子板下可以通过设置“DegeneracyThreshold”的值，使得简并轨道可以显示在同一水平线上。图1.分子轨道编辑器中氮分子简并轨道的展示三维原子轨道图的绘制是在“Visual

3、ize”子面板中，在AddType的下拉菜单中选择感兴趣的分子轨道，如HOMO代表最高占据轨道，LUMO代表最低空轨道，Occupied代表全部占据轨道，Virtual代表全部空轨道，All代表全部轨道，Highlighted代表选中的轨道，CurrentList与Other选项中可自行选定任意的轨道。图2.分子轨道编辑器中生成分子轨道三维图的Visualize面板选定好所要做的分子轨道后，点击右下角的图标，即可生成所选的分子轨道的三维图像，如下图所示：轨道7右边的方框显示红色，表示当前窗口中显示的分子轨道。如果想查看其它生成的分子轨道，可用鼠标左键单击相应轨道

4、右边的方框，当方框变为红色时，表示当前窗口中显示的分子轨道即为选定轨道。分子轨道的显示方式有三种，即单击鼠标右键，选择DisplayFormat后，出现如下界面：其中，Mesh代表网格状，Solid代表不透明颜色（默认设置），Transparent代表渐变色。可根据个人喜好，选择分子轨道的展示形式。三、仪器和程序大型计算机集群，Gaussian程序，GaussView程序四、实验内容1.构建O2、N2和CO的分子结构；优化O2、N2和CO的分子结构（计算水平：B3LYP/6-31+G(d)，对O2要考虑单线态和三线态），读取前线轨道（HOMO和LUMO）的能量，

5、并得到检查点（checkpoint，简写为chk）文件；采用检查点文件画出O2、N2和CO的前线分子轨道（HOMO和LUMO）。2.构建乙烯、丁二烯和苯的分子结构；优化乙烯、丁二烯和苯的分子结构（计算水平：B3LYP/6-31G(d,p)），读取前线轨道（HOMO和LUMO）的能量，并得到检查点文件；采用检查点文件画出乙烯、丁二烯和苯的的前线分子轨道（HOMO和LUMO）。五、数据处理1.对于反应O+Nr2NO，通过前线分子轨道理论分析该反应在常温下不容易22进行的原因。2.结合CO分子轨道分析，判断CO与过渡金属形成络合物时，参与配位的是C原子还是O原子，说明

6、原因。3.采用前线分子轨道理论分析丁二烯和乙烯可在加热条件下生成环己烯的可能性。4.分析苯的分子轨道图，找出所有的π键并给出相应解释说明。六、思考题1.GaussView绘制的分子轨道图中，红色和绿色分别代表的意义是什么？不同原子对分子轨道贡献的大小由什么来判断？2.在化学反应中，如何应用前线轨道理论来解释反应的可行性？3.当一个化合物或单质分子作为不同角色，如电子受体或电子给体，参与反应时，需要考查的分子轨道有何不同？为什么？附录GaussView程序使用简介1.GaussView基础GaussView程序是大型量子化学计算程序Gaussian的图形界面，有三

7、大主要功能：（1）构建分子模型；（2）提交计算任务给Gaussian程序；（3）查看计算结果。本实验将重点介绍GaussView的第一大主要功能：构建分子模型。GaussView程序有非常强大的模型构建功能，仅仅通过简单的鼠标操作，比如旋转、平移、缩放等，我们就能构筑各种分子的三维结构，甚至可以构建非常大的分子。GaussView程序也可以读取一些标准格式的分子结构信息，如PDB、CIF、MOL2格式等。从而使其可以与诸多图形软件连用，大大拓宽了使用范围。GaussView的主要界面包括图1-1所示的两个窗口。上面的界面是程序的主控制面板，包括菜单栏、各种工具和

8、当前片段（Current